VD Stanovice. Zvláštní povodeň v důsledku havárie na. POVODÍ OHŘE, s. p. Chomutov HEPS Terezín

Transkript

1 POVODÍ OHŘE, s. p. Chomutov HEPS Terezín Zvláštní povodeň v důsledku havárie na VD Stanovice Stanovení rozsahu ohroženého území průlomovou vlnou zvláštní povodně Terezín, duben 2004

2 Zvláštní povodeň v důsledku havárie na VD Stanovice Stanovení rozsahu ohroženého území průlomovou vlnou zvláštní povodně Zpráva Zpracoval: Ing. Zdeněk Klíma Povodí Ohře, s. p. Spolupráce: Hydrosoft Veleslavín, s. r. o. Terezín, duben 2004 POVODÍ OHŘE, s. p. Chomutov, oddělení HEPS v Terezíně Pražská 319, Terezín , fax klima@poh.cz

3 Obsah. 1. Úvod Výstupy ze studie Základní údaje o VD a vymezení řešeného úseku toku pod VD Výchozí údaje a podklady Zpracování výpočtového modelu průlomové vlny Některé prvky výpočtového modelu Hydraulické zadání modelu, doba simulace Výsledky výpočtu průlomové vlny Mapové a další výstupy ze studie Mapové situace se zákresem záplavové čáry průlomové vlny Příloha zprávy CD disk přiložený ke studii průlomové vlny Závěr Literatura a další použité podklady Příloha

4 Zvláštní povodeň na VD Stanovice Stanovení rozsahu ohroženého území průlomovou vlnou zvláštní povodně 1. Úvod. V návaznosti na ustanovení Zákona o vodách č 264/2001 Sb. a ve smyslu příslušných ustanovení Nařízení vlády č. 100/99 Sb. o ochraně před povodněmi byl na našem podniku v roce 2002 připraven úvodní koncepční materiál pro řešení zvláštních povodní na vodních dílech (dále VD) Povodí Ohře, s. p. Jeho cílem bylo stanovit harmonogram a podmínky zpracování průlomových vln na jednotlivých VD ve správě našeho podniku. Zejména zde bylo stanoveno období pro zpracování na roky 2003 a 2004, vymezeni řešitelé a stanoveny finanční interní i externí náklady na tato řešení. Cílem řešení těchto studií je rozšíření povodňových plánů územních celků o kategorii zvláštních povodní. Studie zvláštních povodní se obecně skládají ze dvou částí. První částí každé z nich je materiál VD název díla - Parametry zvláštních povodní, zpracovaný pražskou akciovou společností Vodní díla TBD a. s. (je přílohou těchto zpráv). Tyto materiály mimo jiné stanovují způsoby vzniku a rozvoje havarijních stavů na jednotlivých VD a v jejich důsledku zejména i vývoj odtokových hydrogramů. Druhé části těchto studí se zabývají stanovením průběhu průlomových vln v území pod VD a jsou předmětem těchto prací pod názvy Zvláštní povodeň v důsledku havárie na VD název díla Stanovení rozsahu ohroženého území průlomovou vlnou zvláštní povodně. Zpracovatelem těchto částí je Povodí Ohře, státní podnik, odbor HEPS. Objednatelem práce je Povodí Ohře, státní podnik. 2. Výstupy ze studie. Za hlavní výstupy této studie lze považovat zprávu studie se všemi uvedenými údaji o vstupech (viz i část Parametry zvláštních povodní v příloze), o podkladech a jejich zpracování, s údaji o výsledcích výpočtů použitým hydraulickým modelem, s jejich vyhodnocením a i s údaji o přílohách podrobné situace (ve formátech A1) se zakreslenou záplavovou čárou pro průtok průlomové vlny, dále se zákresem osy, staničení, umístění příčných profilů atd. 3. Základní údaje o VD a vymezení řešeného úseku toku pod VD. Vodní dílo Stanovice je situováno na Lomnickém potoce, v ř. km 3.06, asi 6.5 km na jih od Karlových Varů. Lomnický potok je pravostranným přítokem Teplé, do které se vlévá v ř. km Základní údaje o VD jsou uvedeny v příloze této zprávy, v materiálu Parametry zvláštních povodní a na tomto místě na ně pouze odkazuji. V příloze jsou zejména údaje o účelu, využití a rozdělení nádržních prostorů VD (odst. 4.2 a 4.3 na str. 3 a 4) a technické parametry VD i s popisem jednotlivých objektů (odst. 4.4 a 4.5 na str. 6 až 9). Řešený úsek toku pod VD nesestává jen z úseku Lomnického potoka a Teplé od VD Stanovice, ale také z úseku Horní a Střední Ohře až po VD Nechranice, z úseku nádrže VD Nechranice, z úseků koryt od základových výpustí a od bezpečnostního přelivu se skluzem a z úseku Dolní Ohře od profilu soutoku pod hrází (trať Ohře od výpustí a od skluzu) až po profil jezu Stranná. Jako součást tohoto modelu byly ponechány i úseky Horní Ohře od VD Skalky, Odravy od VD Jesenice po zaústění do Ohře pod Odravou a Libockého potoka od VD Horka po jeho zaústění do Ohře pod obcí Liboc. Ponechány byly i přesto, že průlomovou vlnou z VD zasaženy být nemohou (s vyjímkou dolního úseku Horní Ohře nad vyústěním Teplé). 2

5 Sestavit model v uvedené podobě umožnila existence povodňových modelů Horní a Střední Ohře a povodňových modelů hlavních přítoků, které naše oddělení HEPS v Terezíně v minulosti zpracovalo. Tyto modely se po rozsáhlých úpravách staly základem modelů průlomových vln. Úpravy modelových větví Ohře, Odravy a Libockého potoka byly provedeny pro zpracování průlomových vln na VD Skalka, VD Jesenice, VD Horka a VD Kadaň již v minulém roce. Pro tyto nové studie průlomových vln na VD Březová a VD Stanovice byly dále realizovány zásadní úpravy větve Teplá a nově byl pořízen modelový úsek Lomnického potoka, na základě nového zaměření našeho odboru HEPS. Pro výpočtový model zvláštní povodně VD Stanovice jsou podstatné říční tratě Lomnického potoka od VD Stanovice, Teplé od VD Březová po vyústění do Ohře, dolní část úseku Horní Ohře, od profilu PF 52 (ř. km ) cca 1150 m nad horním okrajem zástavby Karlových Varů až po LG v Karlových Varech Drahovicích, a úsek říční tratě Střední Ohře od LG v Karlových Varech Drahovicích až po VD Nechranice. 4. Výchozí údaje a podklady. Podklady pro zpracování této akce Zvláštní povodně na VD Stanovice i zvláštní povodně na současně řešeném VD (VD Březová), řešené v rámci tzv. 2. skupiny zpracovávaných VD měly dvojí charakter. Sestávaly jak z podkladů v klasické papírové podobě, tak zejména z podkladů digitálních, jež měly rozhodující význam pro řešení těchto studií. Nejdůležitějšími byly dva digitální systémy i jejich vytisknutá podoba. Prvním z nich byl rozsáhlý výpočtový komplex povodňového modelu Horní a Střední Ohře a jejich hlavních přítoků v software Mike 11, které naše oddělení HEPS v Terezíně zpracovávalo v letech 1997 až nejprve v DOS verzi 3.22 a později je převedlo do Windows verze Z uvedeného komplexu vycházely vloni následně zpracované modely průlomových vln pro výpočty o značně větších kulminačních průtocích proti klasickým povodním (průlomové vlny na VD Skalka, Jesenice, Horka a Kadaň), které se staly výchozím podkladem pro zpracování modelů této 2. skupiny modelů průlomových vln na VD Březová a VD Stanovice. Druhým rozhodujícím systémem pro řešení, ale i pro prezentaci výsledků je zpracování celého předmětného území výpočtových modelů v GIS MapInfo a to jak v digitální, tak i ve vytisknuté podobě. Pro zpracování obou těchto rozsáhlých systémů bylo třeba shromáždit mnoho geodetických měření a podkladů, mapových podkladů a mnoho nejrůznějších vodohospodářských materiálů. Informace o těchto podkladech zde neuvádím, pro podrobnosti odkazuji na studie a zprávy uvedených povodňových modelů. Dalším důležitým vstupním podkladem byla již několikrát zmiňovaná část Parametry zvláštních povodní, zpracovaná společností Vodní díla TBD a. s., kterou jsem pro její důležitost připojil k této zprávě jako celek. Její nejvýznamnější částí pro řešení studie ohroženého území pod VD je výsledná varianta hydrogramu odtoku průrvou v profilu hráze. Pro řešení jsem využil ještě mnohé další podklady, které naše oddělení HEPS v Terezíně v minulosti shromáždilo nebo vytvořilo. Namátkou bych jmenoval Korytový model Ohře a jejich přítoků, manipulační řády a další podklady pro VD Nechranice, VD Kadaň a i další materiály. 5. Zpracování výpočtového modelu průlomové vlny. Výpočtový hydraulický model průlomové vlny na VD Stanovice (software Mike 11) byl vytvořen ze zpracovaných modelů průlomových vln na VD Skalka, Jesenice, Horka a Kadaň, jejichž základem byly povodňové modely Ohře a jejich hlavních přítoků (viz výše), dále zásadními úpravami povodňového modelu Teplé a vytvořením nové větve Lomnického potoka. Předchozí i současné úpravy systému povodňových modelů obecně spočívaly v následujících zásazích. Ze systému byly odpojeny nepotřebné přítoky Svatavy, Rolavy a Bystřice. Model byl dále zjednodušen, byly zrušeny větve inundačního proudění, které by bránily stabilnímu výpočtu při extrémních hodnotách průtoku a z téhož důvodu byla zrušena většina hydraulicky měně významných mostních objektů (zejména na zrušených inundačních větvích, ale i mimo ně, na hlavních modelových větvích). Dále byly zrušeny některé příčné profily, zejména ty, které měly charakter profilů korytových, resp. ty, jejichž hustota v podélním profilu byla nadbytečně vysoká. Naproti tomu bylo nezbytné upravit prakticky všechny zbylé profily tak, 3

6 aby jejich břehové inundační partie byly dostatečné vysoko, aby provedly i kulminační hodnoty průtoku průlomové vlny. Tyto rozsáhlé úpravy profilů jsem realizoval odečítáním výšek a vzdáleností z rastrových mapových podkladů v digitálním GIS systému a pro jejich úpravu jsem je načítal do Excelu a následně do výpočtového modelu. Další zásahy spočívaly ve výpočtových úpravách a rozšíření měrných křivek rozhodujících mostních a jezových objektů, které jsem v modelu jako objekty zachoval. V modelu bylo dále nutné vytvořit nový systém okrajových podmínek, včetně zadání hydrogramu průlomové vlny. Prakticky beze změny zůstaly některé modelové větvě úsek nádrže VD Nechranice, větev bezpečnostního přelivu a skluzu, kde jsem jen již dříve rozšiřoval měrnou křivku, větev koryta od základových výpustí, s drobnou úpravou regulace zavření průtoku touto větví při dosažení hranice neovladatelného stavu na VD Nechranice a beze změny zůstala i dolní větev až po jez Stranná, kde byla opět již dříve jen rozšířena dolní okrajová podmínka. Výpočtové modely průlomových vln i této tzv. 2. skupiny studií (VD Březová a VD Stanovice) jsou obecně zpracované velmi podobně. Jejich vnitřní parametry a systémy jsou poměrně složité a nelze tedy jednoduše prezentovat všechny jejich důležité aspekty. Přesto se nyní alespoň stručně zmíním o jejich některých důležitých znacích a parametrech Některé prvky výpočtového modelu. Ke společným znakům modelů zmíněné 2. skupiny patří zejména již uvedené jednotlivé modelové větve, s jejich objektovými parametry, dále celý systém údolních profilů a jejich drsnostních charakteristik i vnitřní výpočtové parametry nastavení modelu. V modelu se kromě již zmíněných větví a objektů VD Nechranice uplatňují ve výpočtu průlomové vlny jako přepady i tyto další objekty. větev objekt staničení modelové staničení říční Ohře železniční most vlečky v Kyselce Ohře silniční most ve Vojkovicích (dolní) Ohře železniční most pod Mlýnem n. O Ohře železniční most v Klášterci n. O Ohře VD Kadaň Ohře železniční most v Kadani Hydraulické zadání modelu, doba simulace. Modelová simulace určité - více či méně reálné - hydrologické situace, navíc v kombinaci s variantou průlomové vlny, vyžaduje v takto složitém modelovém systému vytvořit určitý hydrologický scénář. Ten je vždy ovlivněn subjektivní volbou řešitele. Ani v případě tohoto výpočtu průlomové vlny na VD Stanovice tomu není jinak. V příloze této zprávy byla řešitelem Parametrů zvláštních povodní pro výpočet průlomové vlny na VD Stanovice vybrána varianta poruchy hráze, nazvaná jako ZPV1 - varianta E27. Varianta předpokládá destrukci hrázového tělesa v důsledku postupně se vyvíjející průrvy, jejíž příčinou je vnitřní eroze tělesa hráze vlivem soustředěného průsaku napříč hrázovým tělesem. Počáteční úroveň poruchy je na kótě m n. m. t. j. úroveň mezi horní a střední lavičkou vzdušního líce hráze, což je 16.7 m pod kótou koruny bezpečnostního přelivu (a současně minimální kótou neovladatelného ochranného prostoru) a m pod kótou hladiny letního zásobního prostoru nádrže. V popisu varianty je ve zmíněném materiálu uvedeno, že k poruše dojde po odeznění významné povodně, s naplněním nádrže na úroveň maximální hladiny retenčního ovladatelného prostoru (kóta m n. m.), při již setrvalém přítoku do nádrže Q md30 = 5.97 m 3 /s. Uvedená výšková úroveň je nejen úrovní koruny bezpečnostního přelivu, ale i výchozí hladinou v počátku simulace modelem a. s. VD TBD, pro stanovení vývoje destrukce hráze a z ní plynoucího hydrogramu průlomové vlny. Výsledkem tohoto modelu jsou parametry vývoje poruchy. Ta se zpočátku vyvíjí pomalu po prvních 40 minutách není odtok průrvou ještě ani na úrovni Q 1 = 19 m 3 /s, ale za dalších 23 minut je již dno průrvy na kótě o 7 m nižší, proti počátečnímu stavu. Za další 3 minuty se průrva velmi progresivně zvětší, takže v 67 minutě od začátku simulace nastává kulminační stav, kdy průtok průlomové vlny v profilu hráze dosahuje Q max = m 3 /s. 4

7 Za dalších 17 minut (84 minuta koncový čas simulace modelu a. s. VD - TBD) se průrva zvětší přes celou výšku hráze a zbylý objem hráze vyteče celkový odteklý objem je 23.9 mil. m 3. Hydrologická situace, při níž na jednom z hlavních přítoků Horní Ohře právě doznívá významná povodeň, by pravděpodobně byla povodňovou situací i pro další významné toky v daném regionu. Proto (viz i první odstavec tohoto oddílu 5.2.) byly do scénáře výchozí hydrologické situace zahrnuty i odpovídající (nádržemi transformované) povodňové průtoky v dalších okrajových podmínkách (uzlech modelu) v profilu VD Březová na Teplé a také v profilech přítoků ponechaných v modelovém systému t. j. v profilu VD Skalky na Ohři, v profilu VD Jesenice na Odravě a v profilu VD Horky na Libockém potoce. Následující přehled uvádí průtoky v okrajových podmínkách, použité ve výpočtovém modelu. V profilech VD Březová, VD skalky, VD Jesenice a VD Horky byly použity konstantní povodňové průtoky pro celou výpočtovou dobu simulace průlomové vlny. VD Březová konstantní průtok Q 1 = 35.2 m 3 /s ČHMÚ Praha 10/2000 VD Skalka konstantní průtok Q 1 = 70 m 3 /s ČHMÚ Praha 10/1995 VD Jesenice konstantní průtok Q 1 = 23 m 3 /s ČHMÚ Plzeň 01/1998 VD Horka konstantní průtok Q 1 = 15.2 m 3 /s ČHMÚ Plzeň 12/1999 V profilu VD Stanovice byl jako okrajová podmínka použit již zmíněný odtokový hydrogram průlomové vlny při variantě poruchy hráze podle ZPV1 - varianta E27. Tuto okrajovou podmínku jsem ale pro potřeby modelu na jejím počátku upravil přechodovou křivkou z konstantní hodnoty odtoku Q = 0.47 m 3 /s a přechodovou křivkou jsem ji upravil i na jejím konci - do konstantní hodnoty povodňového průtoku Q 1 = 19 m 3 /s (ČHMÚ Praha 10/1995). Vlastní odtokový hydrogram je tabulkově zpracován v příloze této zprávy na str. Příloha a spolu s dalšími grafy je znázorněn na str. Příloha 1.1. Jeho podobu rozšířenou o uvedené přechodové křivky uvádí obr. č. 1 na následující str. 6. Proti hydrogramu z přílohy je tato jeho podoba ve svém počátku rozšířena o 1 hod. a po celou tuto dobu trvá konstantní odtok Q = 0.47 m 3 /s. Tato hodnota plynule navazuje na hodnotu ze 3. min. původního nerozšířeného hydrogramu, která je Q = 0.48 m 3 /s. V konci sestupné větve je hydrogram upraven přechodovou křivkou na průtok Q 1 - na celkový čas 4320 minut t. j. na 3 dny, což je také celkový výpočtový čas simulace této průlomové vlny. Na obr. 1 je ovšem znázorněno jen prvních 500 minut hydrogramu. Důvodem uvedeného rozšíření počáteční větve hydrogramu je rozběh modelu (modelu propagace průlomové vlny v území pod VD model Mike 11) z ustálených stavů, rozšíření sestupné větve až na hodnotu 4320 minut má ten důvod, aby nejen kulminační průtok, ale i průtoky sestupné větve stačily z celého modelu odtéci (koncový profil jez Stranná pod VD Nechranice). Z uvedeného vyplývá, že při prohlížení výsledků výpočtového modelu na přiloženém CD disku a při sledování postupových dob průlomové vlny je nutné od uvedených časů odečíst právě 1 hod., o kterou byl vstupní hydrogram rozšířen na svém původním začátku. V této souvislosti bych chtěl upozornit na skutečnost, že v tab. č. 1 na str. 8. nejsou prezentovány časy postupu průlomové vlny od počátku simulace, ale jsou zde časy dosažení kulminací průtoku v jednotlivých profilech po toku. Tyto časy nejsou vztaženy k hrázi VD Stanovice, ale k prvnímu profilu pod ní. Uvedený hydrogram má kulminační průtok průlomové vlny m 3 /s. Objem nerozšířené vlny (odteklé vody z nádrže) je podle přílohy (str. 16) 23.9 mil. m 3. V souvislosti s uvedenými průtokovými parametry průlomové vlny - pro představu o hydrologických poměrech modelu a pro porovnání s dále prezentovanými výsledky - zde nyní uvádím hodnoty stoletých průtoků v důležitých profilech modelu průlomové vlny. VD Stanovice průtok Q 100 = 90 m 3 /s ČHMÚ Praha 10/2001 Teplá soutok s Ohří průtok Q 100 = 179 m 3 /s ČHMÚ Plzeň 05/2002 Ohře pod Teplou (LG) průtok Q 100 = 645 m 3 /s ČHMÚ Plzeň 01/1998 VD Kadaň průtok Q 100 = 740 m 3 /s ČHMÚ Ústí n. L. 06/1998 VD Nechranice průtok Q 100 = 752 m 3 /s ČHMÚ Ústí n.l. 06/1998 5

8 Jednou z klíčových otázek, které také řešitel věnoval pozornost při řešení této průlomové vlny, bylo převádění průlomové vlny přes VD Nechranice. Důležitým faktorem, ovlivňujícím, tuto problematiku jsou v modelu zadané parametry počátečního naplnění a manipulací na VD. O nich viz dále v odst. č Odtokový hydrogram průlomové vlny na VD Stanovice - úprava pro výpočtový model průtok Q (m3/s) varianta poruchy "ZPV1 - varianta E27" čas (min.) obr. č Výsledky výpočtu průlomové vlny. Z hydraulického hlediska není výpočet průběhu průlomové vlny územím pod vodním dílem zcela obvyklým a častým druhem výpočtu, neboť se jedná o klasicky neustálené proudění dané bodovým průtokovým zdrojem. Na rozdíl od něho se v případě výpočtů obvyklých povodňových průtoků (na dlouhém, zejména říčním úseku toku) jedná většinou o plošné průtokové zatížení, postupně se po toku zvyšující, což je dáno nárůstem průtoků z přítoků hlavního recipientu, tak jak vyplývají z hydrologických hodnot získaných např. od ČHMÚ. Proto se v případech výpočtů klasických povodňových průtoků do hydraulických modelů zpravidla nezadávají obvykle obtížně odhadnutelné skutečné hydrogramy počítané povodňové situace, ale místo nich jen konstantní hodnoty zvolených povodňových průtoků a to pro celý výpočtový čas simulace. Zásadní rozdíl mezi oběma typy výpočtu pak spočívá ve skutečnosti, že zatímco ve druhém případě (obvyklých povodňových výpočtů) je po většinu simulovaného času průtok v jednotlivých říčních úsecích konstantní, je v prvním případě (průlomových vln) charakteristickým znakem nejen průtok proměnný v jednotlivých profilech v čase (ve tvaru vlny), ale také po toku proměnný (zmenšující se) průtok kulminační, což je dáno výraznou transformací vlivem koryta a inundačního území. Příkladem takové transformace průtoku je i výpočet propagace průlomové vlny pod VD Stanovice, jak ukazuje tab. č. 1 na následující str. 8. 6

9 V tabulce jsou prezentovány hlavní výsledky výpočtů průlomové vlny a její propagace do území pod VD, ve formě výsledných parametrů vlny ve vybraných profilech Lomnického potoka, Teplé a Ohře. Říční úsek Lomnického potoka od VD Stanovice a Teplé od soutoku s Lomnickým potokem po vyústění do Ohře, dlouhý km, ztransformuje kulminační průtok průlomové vlny jen o pouhých 10 % - na hodnotu m 3 /s a kulminace průlomové vlny proběhne celým úsekem Teplé (dosáhne profilu vyústění do Ohře) za 17 minut. Uvážíme-li výše uvedený fakt, že podle modelu a. s. VD TBD nastane kulminace průlomové vlny v profilu hráze 67 minut od začátku vývoje poruchy (od začátku jejich simulačních výpočtů), pak kulminace v profilu soutoku s Ohří nastane za 84 minut od tohoto počátečního času. Uvedená transformace kulminačního průtoku při průběhu průlomové vlny říčními tratěmi Lomnického potoka a Teplé je prakticky nevýznamná. To je dáno nebývale velikou hodnotou kulminačního průtoku a také tím, že celé předmětné úseky Lomnického potoka a Teplé mají sevřená, nepříliš široká údolí, bez výrazných inundačních prostorů. Průlomová vlna má dokonce tak obrovské průtokové hodnoty, že v podmínkách sevřených údolí nemá transformace průtoků směrem po toku dolů všude sestupnou tendenci. Výpočtový model spočítal, že v nejužších lokalitách se (v závislosti na okamžitém rozdělení průtoků po toku) obrovské objemy vody kumulují a poté z těchto lokalit vytékají s průtoky většími, než by odpovídalo parametrům vstupního hydrogramu. To je patrné i z tab. č. 1 na str. 8. a zejména i z tabulky výsledků na str. 13. a 14. Prakticky zcela zanedbatelná je uvedená transformace i pro příbřežní městskou zástavbu Karlových Varů. Transformovaný průtok je totiž cca 190 krát větší než (oběma VD netransformovaný) průtok Q 100 a i ten by již v některých městských úsecích zaplavoval příbřežní zástavbu. Průlomová vlna o tomto kulminačním průtoku by měla pro město bezpochyby zcela zničující důsledky. To dokládají i průměrné hloubky vody kulminačních průtoků, uvedené v tab. č. 1. Prakticky na celém úseku Lomnického potoka a Teplé se pohybují okolo hodnoty 20 m nad úrovněmi břehů koryta. Z modelových výpočtů dále vyplývá, že průměrné profilové rychlosti proudění za kulminačních průtoků jsou na Lomnickém potoce a Teplé v mezích 10 až 20 m/s (lokálně i větší), což spolu s hloubkami a s poměrně malými šířkami záplavy dává obrovské hodnoty průtoků na jednotku šířky a tedy obrovské dynamické účinky proudu. Postupující průlomová vlna, po průtoku výústním profilem Teplé, je v říční trati Ohře (v úseku dlouhém 58 km - po vtok do nádrže VD Nechranice) dále transformována, z kulminační hodnoty m 3 /s na hodnotu 1826 m 3 /s, při vtoku do nádrže VD Nechranice. Transformace kulminačního průtoku v nádrži VD Nechranice (při zadaných parametrech v modelu viz dále) je také ještě poměrně významná, i když v profilu hráze je kulminační průtok stále jěště větší než průtok Q 100. Bezpečnostní přeliv ho ale převede pod hráz VD Nechranice, do koryta Dolní Ohře. Celkový čas, kdy kulminační průtok dosáhne profilu hráze je 782 minut. Transformace v nádrži VD Nechranice byla dána několika základními faktory, uplatněnými v modelu. Předně model předpokládal stavební stav před započetím rekonstrukce bezpečnostního přelivu. Dalším předpokladem byl zcela zaplněný zásobní prostor v počátku simulace, t. j. hladina v nádrži byla držena na provozní úrovni m n. m. Manipulace s uzávěry bezpečnostního přelivu a další převádění povodně se řídilo platným manipulačním řádem, t. j. zejména podle vzestupu hladiny v nádrži. Tomu přesně odpovídá modelová křivka přepadu BP. Výsledky parametrů, dosažených na tomto VD za uvedených předpokladů, lze pak vyčíst z modelových výpočtů. Nádrž VD Nechranice ztransformuje kulminační průtok průlomové vlny ještě téměř na polovinu - na hodnotu 1018 m 3 /s u hráze. To je dáno poměrně menším objemem vlny (celá vlna odteklá z VD Stanovice má objem 23.9 mil. m 3 ). Vlna způsobí nastoupání hladiny v nádrži VD Nechranice na kótu m n. m., což je 34 cm nad hranicí mezi ovladatelným a neovladatelným retenčním prostorem nádrže. 7

10 sem patří tab. č. 1 8

11 Výsledky vypočtu průlomové vlny na VD Stanovice - pro VD Nechranice - zde uvádím jako doklad, že havárie této velikosti (objemu vlny) na některém VD v povodí Horní nebo Střední Ohře by ústřední VD našeho podniku sice neohrozila, ale jeho provoz by významně ovlivnila. Porovnáme-li ji s dříve spočítanou průlomovou vlnou na VD Jesenice (ta má sice cca 4.5 menší kulminační průtok vstupního hydrogramu, ale asi 3 krát větší objem), jejíž vliv na VD Nechranice je na mezi ohrožení tohoto díla, vidíme, že při podstatně menším kulminačním průtoku je důležitým faktorem objem vlny. Ten je příčinou asi o 1 m vyšší maximální hladiny v nádrži, která dokonce o 17 cm přestoupí maximální povolenou hladinu nádrže. Z výpočtu této průlomové vlny zvláštní povodně by bylo možné získat a zpracovat mnoho podrobných výsledků, zejména týkajících se jejího průběhu jednotlivými lokalitami zasaženého území, ale z časových důvodů to není v tomto okamžiku možné. Lze to však v případě zájmu nebo potřeby provést dodatečně. Vyjímkou je tabulka výsledků maximálních hladin a průtoků téměř celého úseku průlomové vlny v závěru tohoto odstavce, která zde prezentována je (str. 13 a 14). Hlavním požadavkem zadání bylo stanovení rozsahu ohroženého území. Tomuto požadavku byly přizpůsobeny i prezentace výsledků modelového výpočtu. Hlavním prezentačním výsledkem jsou proto poměrně podrobné mapy záplavového území průlomové vlny, zpracované v samostatné příloze této práce podrobněji viz odst. 7. Přesto ale i některé další zajímavé výsledky jsou uvedeny v pokračování tohoto odstavce. Jedním z nejzajímavějších výsledků modelu průlomové vlny jsou animace průběhu hladiny zejména v podélném profilu, které umožňuje zobrazit prezentační software systému Mike 11. Ty ovšem nelze prezentovat jinak, než s použitím výpočetní techniky. Je ale možné podélný profil s hladinou v určitém okamžiku simulačního času přetisknout, jak ukazuje obr. č. 2 a 3 a jejich dílčí modifikace na obr. č. 4 a 5. [meter] Prulomova vlna na VD Stanovice cas: : TEPLA OHRE obr. č OHRE [meter] V uvedených obrázcích jsou čárkovanými čarami zobrazeny maximální (červená) a minimální (zelená) dosažené hladiny při průchodu průlomové vlny po toku v čase. 9

12 V obr. č. 2 je znázorněn podélný profil celého úseku Teplé a Ohře v simulačním čase 0 min. (simulace byly řešeny ve zvoleném kalendářním čase od :00 hod:min do :00 hod:min) Na obr. č. 3 je znázorněn tentýž úsek, ale v čase 2 hod. 30 min., kdy průlomová vlna již naplno zasáhla centrum Karlových Varů a její čelo již protéká Ohří. [meter] Prulomova vlna na VD Stanovice cas: : TEPLA OHRE obr. č OHRE [meter] [meter] Prulomova vlna na VD Stanovice cas: : LOMNICKY TEPLA [meter] obr. č. 4 10

13 Na obr. č. 4 je celý úsek Lomnického potoka a Teplé pod VD Stanovice v čase 2 hod. 14 min., kdy čelo průlomové vlny již zasahuje centrum Karlových Varů a jeho lázeňské objekty. [meter] Prulomova vlna na VD Stanovice cas: : OHRE OHRE OHRE [meter] obr. č. 5 Obr. č. 5 zobrazuje Ohři v okolí vyústění Teplé (profil vyústění je zobrazen levou svislou čárou) a znázorňuje stav, kdy kulminační průtok již dosáhl vyústního profilu Teplé a pokračuje po Ohří dolů simulační čas :30. Obrázek zároveň také ukazuje zajímavý stav, kdy část průtoku se propaguje směrem proti proudu Ohře a zaplavuje území v úseku Horní Ohře, až po profil PF 52 (ř. km ), cca 1150 m nad horním okrajem zástavby Karlových Varů. Při opadávání kulminace v profilu vyústění Teplé, začne nateklá voda do úseku Ohře nad vyústěním Teplé opět vytékat zpět. Další prezentované výsledky z výpočetního software ukazují obr. č. 6, 7 a 8. Obrázek č. 6 zobrazuje příčný profil Teplé v Karlových Varech (km ). Mimo jiné je na něm zobrazena pobřežní městská zástavba, schematicky zahrnutá do výpočetního modelu (pravá kostka představuje hotel Thermal). V profilu je zakreslena okamžitá hladina průlomové vlny, v čase 2 hod. 20 min po začátku simulace. Tato hladina je současně hladinou kulminační (ztotožňuje se s červenou čárkovanou čárou její maximální polohy), výchozí stav v čase 0 min. vyznačuje zelená čárkovaná linie. [meter] TEPLA :19: [meter] obr. č. 6 11

14 Na obr. č. 7 je znázorněn časový nárůst a pokles průtoku (hydrogram průlomové vlny) v témže profilu Teplé v Karlových Varech, jako v případě obr. č. 5. [m^3/s] Tepla Q - t :00:00 02:15:00 02:30:00 02:45:00 03:00:00 03:15:00 03:30:00 obr. č. 7 Obr. č. 8 je vyjádřením měrné křivky průtoků v profilu přibližně shodném s obr. č. 6 a 7. Rozdílné Q h vztahy na vzestupné a sestupné větvi jsou důsledkem neustáleného proudění - průtokové vlny. [meter] Q - H TEPLA [m^3/s] obr. č. 8 Následující str. 13 a 14 jsou vyhrazeny již výše zmíněné tabulce výsledků maximálních hladin a průtoků téměř celého úseku průlomové vlny. Z tabulky lze mimo jiné vyčíst i hodnoty kulminačních průtoků a hladin v úseku Ohře nad vyústěním Teplé (viz též obr. č. 5), tedy v úseku kde nejprve dojde k negativnímu a následně k positivnímu proudění (proti a po toku), tak jak tyto jevy model Mike11 vypočítal. Z tabulku lze ovšem vyčíst pouze pozitivní (výtokové ne nátokové) kulminační průtoky při následném prázdnění úseku. Ty zvětší do modelu zadaný součet průtoků Q 1 z horních úseků Ohře (VD Skalka, VD Jesenice a VD Horka) o hodnotě Q = 109 m 3 /s na maximální hodnotu Q = 1049 m 3 /s v profilu těsně nad vyústěním Teplé. Z modelových výsledků vyplývá, že negativní kulminační průtoky jsou v tomto úseku ještě větší dosahují až hodnot okolo m 3 /s. 12

15 sem patří výsledná tabulka 13

16 sem patří výsledná tabulka 14

17 Na závěr odstavce 6., popisujícího výsledky průlomové vlny, jsem připojil následující dva obrázky, které ve vybraných profilech, v zástavbě Karlových Varů na březích Teplé, schematicky a jen velmi přibližně zobrazují kulminační hladiny průlomové vlny z VD Stanovice. Jejich hloubky nad břehy Teplé jsou uvedeny v tab. č. 1 na str. 8. vtok do krytého profilu Mlýnské kolonády profil PF095 ř. km úsek před Hochbergerovou lávkou, v pozadí vpravo hotel Thermal profil PF104 ř. km

18 7. Mapové a další výstupy ze studie. V odst. 2. jsou jako hlavní výstupy ze studie uvedeny zejména tato zpráva a mapové situace se zákresem záplavové čáry propagace průlomové vlny v území pod VD. Tyto dva materiály nejsou ovšem jedinými výstupy této studie. Mezi v odst. 2. neuvedenými, je třeba jmenovat zejména přiložený CD disk, s plně funkčním (výsledným tvarem) výpočtového modelu a se všemi dalšími důležitými výstupy ze studie v digitální podobě. Také je možné znovu připomenout skutečnost uvedenou na jiném místě zprávy, že za výstup lze též považovat materiál VD Stanovice - Parametry zvláštních povodní, zpracovaný pražskou akciovou společností Vodní díla TBD a. s., který jsem v plném znění připojil k této zprávě Mapové situace se zákresem záplavové čáry průlomové vlny. Vedle zprávy této studie průlomové vlny na VD Stanovice jsou druhou samostatnou částí situace v měř. 1 : a 1 : , zpracované v GIS MapInfo. Základ těchto mapových situací, včetně osazených rastrových map ZM10, jsem převzal z povodňových modelů Horní a Střední Ohře a z povodňových modelů jejich hlavních přítoků. Chybějící osazené rastry map Lomnického potoka, s VD dílem Stanovice, jsem nahradil rastry Zabaged, který má náš podnik pro tyto účely k dispozici. Grafické zobrazení území, ohroženého zvláštní povodní, je v situacích provedeno formou zákresu záplavové čáry průlomové vlny, jež je obálkou záplavových čar kulminačních průtoků v jednotlivých dílčích úsecích Teplé a Ohře, shodně jako v případech záplavových čár při normálních povodňových průtocích. Záplavové čáry průlomové vlny byly zpracovány ve spolupráci s firmou Hydrosoft Veleslavín, s. r. o. Existence dříve řešených povodňových modelů umožnila - pro porovnání rozsahu záplavy při řešené průlomové vlně, s rozsahem záplavy při normální povodni - ponechat v prezentovaných situacích i záplavové čáry povodní Q 100 (na Teplé a na Ohři a také i na Rolavě a na Bystřici). Zde je ovšem potřeba upozornit, že povodňový model Teplé nebyl řešen na hydrologickou hodnotu Q 100 od ČHMÚ, která je v profilu hráze VD Březová Q 100 = 140 m 3 /s, ale na stoletý průtok transformovaný vodními díly Březová a Stanovice, který je i s přítoky z podpovodí Q 100 transform = 90 m 3 /s, v profilu zaústění do Ohře. Řešená průlomová vlna má v celé délce výrazně vyšší hodnoty kulminačních průtoků a tedy i vyšší úrovně hladin, než povodeň Q 100. Logickým důsledkem je i větší rozsah (šířka) záplavy. To je markantní zejména v celém úseku Teplé, kde šířka záplavy je výrazně větší než šířka záplavy transformované povodně Q 100, neboť tento transformovaný stoletý průtok koryto Teplé pod VD Březová prakticky všude provede. To prakticky platí ve většině úseků Ohře pod Teplou, kde i navzdory kaňonovitému charakteru údolí (zaříznutému, se strmými svahy), je rozsah záplavy průlomové vlny větší než záplava Q 100, snad jen s vyjímkou krátkého úseku pod Kadaní před vtokem do nádrže Nechranice, kde již kulminační průtok průlomové vlny řádově odpovídá průtoku Q 100. V úseku Ohře nad Teplou, až asi 1 km nad začátkem zástavby Karlových Varů, kam až průlomová vlna z VD Stanovice ovlivňuje součet jednoletých průtoků, zadaných do výpočtového modelu (viz výše), je situace se srovnáním záplavových čar prakticky shodná, jako v úseku Ohře pod Teplou. Také zde je záplavová čára průlomové vlny z VD Stanovice prakticky všude vně záplavové čáry stoleté povodně na Ohři, neboť i zde jsou kulminační průtoky (ty negativní) řádově rozdílné od stoletého průtoku na Ohři. Kromě záplavy průlomové vlny a záplavy Q 100 jsou v situacích zakresleny i mnohé další informace zkonstruované osy toků s říčním staničení, umístění výpočtových profilů modelu, umístění mostních a jezových objektů s popisy a vyznačeny jsou také přítoky. poznámka: popis uvedených grafických informací např. vysvětlení ke zkonstruování os toků, k modelovému i nově zkonstruovanému staničení říčnímu a k údajům o dalších objektech v této zprávě není a v podrobnostech proto odkazuji na studie povodňových modelů, kde tyto informace uvedeny jsou. Na závěr tohoto odstavce ještě uvedu, že popsané mapové situace jsou zpracovány také digitálně na přiloženém CD disku. Zde jsou v příslušných souborech v adresáři GIS, kde jsou 16

19 jednak ve formátu GIS MapInfo, ve kterém byly zpracovány, ale také ve formátu GIS ArcView, do kterého byly na závěr převedeny pro uživatele tohoto systému viz odst Příloha zprávy. V příloze této zprávy je materiál VD Stanovice - Parametry zvláštních povodní, zpracovaný pražskou společností Vodní díla TBD a. s. Ten byl jedním ze základních výchozích podkladů pro řešení této studie propagace průlomové vlny. Materiál kromě jiného obsahuje základní údaje a technické parametry VD Stanovice, stručný popis jednotlivých funkčních objektů, hydrologické údaje a údaje o manipulacích na díle. Dále obsahuje základní předpoklady a podmínky variantních řešení vzniku poruch díla a z nich odvozené parametry odpovídajících variant průlomové vlny, zejména výsledně doporučené parametry průtokové, hladinové a objemové, vše vztaženo k času začátku poruchy CD disk přiložený ke studii průlomové vlny. Součástí studie je i přiložený CD disk, na němž jsou jak výpočtové, tak i prezentační soubory zprávy, tabulky, soubory GIS aj. Obsah disku CD: Výsledkové a datové soubory jsou na přiloženém CD-ROM rozděleny do následujících podadresářů, ve kterých jsou soubory těchto výstupů. podadresář Zpráva obsahuje tuto zprávu, její úvodní listy, soubor s polepkou desek studie a grafické soubory leteckých fotek VD Stanovice, použitých na titulním listu a na deskách studie podadresář Model - výpočty v tomto podadresáři jsou všechny aktuální modelové výpočtové soubory, které po spuštění výpočtu (v prostředí Mike 11, verze 2001) - bez úprav vstupních podmínek - dají přesně shodný výsledek, jaký je prezentován ve výsledkových souborech ST_DMBRK_ OHODLITELO.RES11 a ST_DMBRK_OHODLITELOAdd.RES11. podadresář GIS obsahem je zpracovaná situace celého předmětného území studie zvláštní povodně VD Stanovice se záplavovými čarami průlomové vlny a s dalšími vektorově zpracovanými datovými strukturami (viz též odst. 7.1.), včetně rastrů map ZM 10. V adresáři jsou spouštěcí soubory pro GIS MapInfo (*.wor ) i pro GIS ArcView (*.apr). podadresář Vstupy a výstupy v podadresáři je upravený soubor vstupního hydrogramu průlomové vlny ve formátu *.xls, dále celý výsledkový soubor (ze str. 13 a 14 této zprávy) v témže formátu *.xls a soubory *.hc1, v nichž jsou profily celého předmětného úseku Lomnického potoka, Teplé a úseku Ohře, které v této podobě byly použity i ve výpočtovém modelu (Mike 11). Uvedený obsah (včetně jmen některých souborů) je též v ochranném obalu přiloženého CD disku. 8. Závěr. Studie zvláštní povodně na VD Stanovice řeší propagaci průlomové vlny do koryta a záplavových území Lomnického potoka pod VD Stanovice, Teplé od VD Březová po vyústění do Ohře a další její propagaci do koryta a inundačních území Ohře, od zaústění Teplé v Karlových, až pod VD Nechranice. Součástí řešení je i úsek Ohře nad zaústěním Teplé, až asi 1 km nad Karlovy Vary. Vstupní hydrogram této vlny byl stanoven pražskou akciovou společností Vodní díla TBD a. s., v rámci zpracování 1. etap tzv. zvláštních povodní pod názvy VD název Parametry zvláštních povodní (celá tato práce pro VD Stanovice je v příloze této zprávy). Výchozími podklady této práce byly studie povodňových modelů Horní a Střední Ohře a jejich hlavních přítoků, které oddělení HEPS v Terezíně zpracovalo ve druhé polovině devade- 17

20 sátých let. Výpočtové modely z těchto studií (v systému Mike 11) byly dodatečně spojeny a pro potřeby výpočtů průlomových vln značně upraveny. Jako podklad pro zpracování této práce a pro její výstupy bylo použito digitální zpracování mapových podkladů se záplavovýmí čarami klasických povodní v GIS MapInfo. Z uvedených dříve zpracovaných studií vycházely vloni zpracované modely průlomových vln pro výpočty o značně větších kulminačních průtocích proti klasickým povodním (průlomové vlny na VD Skalka, Jesenice, Horka a Kadaň), které se také staly výchozími podklady pro zpracování modelů této 2. skupiny modelů průlomových vln na VD Březová a VD Stanovice. Výpočtové práce byly provedeny pro průlomovou vlnu danou vstupním hydrogramem, tedy pro neustálený průtok. Výsledkem výpočtu modelem Mike 11 je stanovení parametrů této vlny v celém úseku Lomnického potoka od VD Stanovice, Teplé od VD Březová a v úseku Ohře od profilu cca 1 km nad Karlovými Vary, až pod VD Nechranice. Nejdůležitějšími výsledky jsou stanovené průtoky a úrovně hladin v jednotlivých profilech modelu a jejich časový průběh. Z nich jsou určeny kulminační hodnoty, které jsou prezentovány v této zprávě a ve zpracovaných situacích záplavová čára.průlomové vlny. Tato záplavová čára byla zpracována ve spolupráci s firmou Hydrosoft Veleslavín, s. r. o. Určuje rozsah území, které by bylo zasaženo průlomovou vlnou, kdyby k předpokládané havárii na VD Stanovice skutečně došlo. Hodnoty výsledků jsou podrobně popsány v odst. 6. Průlomová vlna o kulminačním průtoku m 3 /s v profilu VD Stanovice a o objemu 29.3 mil. m 3 se při průchodu územím Teplé ztransformuje jen na hodnotu m 3 /s a teprve říční trať Ohře ji ztransformuje na 1826 m 3 /s na vtoku do nádrže VD Nechranice. Vlastní nádrž (za daných vstupních podmínek naplnění nádrže a manipulací dle MŘ) pak tento průtok ztransformuje ještě asi o 45 % na hodnotu 1018 m 3 /s. Vlna způsobí nastoupání hladiny v nádrži VD Nechranice na kótu m n. m., což je 34 cm nad hranicí mezi ovladatelným a neovladatelným retenčním prostorem nádrže. Kulminační stavy zatěžují příbřežní pozemky Teplé nad Karlovými Vary a příbřežní zástavbu ve městě hloubkami okolo 20 m nad úrovněmi břehů, při středních profilových rychlostech kulminačních stavů mezi 10 až 20 m/s (lokálně i většími). Šířka zátopy se pohybuje mezi 120 až 300 m. Tyto hodnoty bezpochyby ukazují na katastrofální, zničující účinky průlomové vlny pro město Karlovy Vary a pro celou pobřežní zástavbu v údolí Lomnického potoka a Teplé pod oběma VD, které by nastaly, kdyby vlna takovýchto rozměrů skutečně vznikla. V inundačních partiích Ohře jsou tyto poměry již o něco příznivější. Hloubky nad břehy se pohybují mezi 6 až 2,5 m a šířky záplav jsou mezi 200 a 350 m (lokálně samozřejmě i větší), což se týká i některých sídelních celků v území. Výstupem ze studie je jak tato zpráva se zpracovanými výsledky, tak i situace se záplavovými čarami průlomové vlny. To ovšem nejsou výstupy jediné. Součástí je též přiložený CD disk se vstupy a výsledky v digitální podobě. Obsahem CD disku jsou všechny hlavní vstupní podklady a výpočtové i prezentační výstupy ze studie. Tato forma zpracování umožňuje zájemcům prohlížet si výsledky studie mnohem podrobněji, než to umožňuje jen papírový výstup. V adresáři Model výpočty je uvedena konečná podoba výpočtového modelu a výsledkové soubory provedeného výpočtu průlomové vlny. Model lze též použít pro kontrolní i další dodatečné výpočty. V adresáři GIS jsou zpracované soubory mapových situací se záplavovými čarami průlomové vlny a s dalšími zpracovanými datovými strukturami. Jsou zde také spouštěcí soubory pro GIS MapInfo i ArcView. V Terezíně Ing. Zdeněk Klíma oddělení HEPS v Terezíně 18

21 Literatura a další použité podklady. Hydraulika pro vodohospodářské stavby - Boor, Kunštátský, Patočka - SNTL/ALFA [1] Základy hydrauliky a hydrologie pro inženýrské konstrukce a dopravní stavby Kunštátský, Patočka SNTL/SVTL [2] Hydraulika pre stavebných inžinierov /1/ Mäsiar, Kamenský ALFA [3] manuály programu Mike [4] manuály programu Hydrocheck 1 a 2... [5] manuál GIS MapInfo... [6] VD Stanovice - Parametry zvláštních povodní - Vodní díla TBD a. s. Praha je přílohou této zprávy...[7] Povodňové modely Horní a Střední Ohře a povodňové modely přítoků - soubor studií - Povodí Ohře, s. p., odbor HEPS, pracoviště Terezín až [8] Korytové modely Horní, Střední a Dolní Ohře a korytové modely přítoků - soubor studií - Povodí Ohře, s. p., odbor HEPS, pracoviště Terezín a Hydrosoft Veleslavín, s.r.o a 1998 až [9] Přehrada Nechranice, Hydraulická zabezpečenost VRV Praha [10] Manipulační řády VD Nechranice a VD Kadaň a mnoho dalších materiálů k VD a objektům v povodí podnikových i vlastních... [11] Studie zvláštních povodní VD Skalka, VD Jesnice, VD Horka a VD Kadaň HEPSTerezín 2003 a [12] 19

22 Příloha. VD Stanovice - Parametry zvláštních povodní - Vodní díla TBD a. s. Praha 20